题目内容
胆矾是一种常见的化合物,工业上它也是一种制取其它含铜化合物的原料,现有废铜(主要杂质为Fe)来制备胆矾。有人设计了如下流程:
pH值控制可参考下列数据
物质 | 开始沉淀时的pH值 | 完全沉淀时的pH值 |
氢氧化铁 | 2.7 | 3.7 |
氢氧化亚铁 | 7.6 | 9.6 |
氢氧化铜 | 5.2 | 6.4 |
请根据上述流程回答下列问题:
(1)A可选用________(填字母)
a.稀H2SO4 b.浓H2SO4、加热 c.浓FeCl3溶液 d.浓HNO3
(2)Ⅰ中加H2O2的目的___________________________________________________。
(3)Ⅱ中加Cu2(OH)2CO3的目的是___________________________________,
其优点是_____________________________________________________________。
(4)Ⅲ加热煮沸时发生的化学反应的离子方程式为___________________________。
(5)V中加H2SO4调节pH=1是为了_________________________________________,
某工程师认为上述流程中所加的A物质并不理想,需作改进,其理由是______________,
若你是工程师,将对所加的A物质作何改进?请提出建议______________________。
(1)b;(2分) (2)将亚铁离子氧化为铁离子;(2分) (3)除去过量的硫酸;不引入新的杂质;(2分)
(4)Fe3++3H2OFe(OH)3↓+3H+;(2分)(5)抑制Cu2+的水解;(2分 )产生污染环境的二氧化硫,硫酸利用率低;(2分) 加热,并在稀硫酸中通入氧气。(注:本题为发散性试题,如有其它合理答案,酌情给分)(2分)
解析试题分析:本道题是一道工艺流程题。将理论与实际结合的一种转化。往往这类题起点高,但是落点低。工艺流程看似复杂,但考查的只是主要是化学反应原理。一旦与流程结合,题目要求就比较高了。
在这题中是用废铜(主要是Cu,但含有少量Fe)来制取胆矾。通常除杂的方法:转化成易分离的物质。通常是气体或者是沉淀。在这里是Fe、Cu两种固体。根据题目所给信息,Fe是转化成沉淀(氢氧化物的形式)而Fe存在两种价态,+2、+3。根据题目中所给信息的话,通过比较Fe(OH)3和Fe(OH)2这两种物质:一个是开始沉淀时的pH值和完全沉淀时的pH值。可以判断出Fe(OH)3更容易沉淀,再结合Cu2+开始沉淀时的pH值,也可以得出使Fe转化为Fe(OH)3更容易除去。因此判断出将Fe转化为三家铁后,Cu最终要转化为胆矾(CuSO4·5H2O)。显然要将Cu溶解后到CuSO4中去。要将Cu完全溶解,所以使用的是浓H2SO4加热。在这个过程中不仅溶解Cu,还溶解Fe。Fe到FeSO4或Fe2(SO4)3或两者都有。所以为了确保Fe全转化为三价铁,再加入H2O2,目的是将二价铁转化为三价铁,在III中调节溶液pH值,在这个过程中加了Cu2(OH)2CO3,目的应是调节溶液的酸碱性,原溶液中为了确保Cu、Fe全部溶解,可能硫酸过量。所以这里加Cu2(OH)2CO3中和过量的硫酸,控制好溶液的pH值为3.7。刚好此时溶液中三价铁正全转化为Fe(OH)3。接下来加热煮沸的目的,使没沉淀下来的三价铁沉淀完全。当三价铁沉淀完全后,再进行过滤,滤液中剩余的阳离子主要有Cu2+,阴离子有SO42-。再加硫酸,调节溶液pH值=1,目的是抑制Cu2+的水解,再分别进行蒸发、冷却、结晶后,最终得到产品胆矾。
(1)A可选用浓H2SO4、加热,稀硫酸不能溶解Cu,而浓FeCl3溶液、浓HNO3会引入杂质。
(2)Ⅰ中加H2O2的目的将亚铁离子氧化为铁离子;H2O2与Fe2+发生氧化还原反应,Fe2+被氧化为Fe3+易除去。
(3)Ⅱ中加Cu2(OH)2CO3的目的是除去过量的硫酸;不引入新的杂质;
(4)Ⅲ加热煮沸时发生的化学反应的离子方程式为Fe3++3H2OFe(OH)3↓+3H+;
(5)V中加H2SO4调节pH=1是为了抑制Cu2+的水解;不调成强酸性溶液,在加热蒸发过程中,Cu2+水解加重。Cu与浓硫酸反应过程中会产生SO2,会对污染环境。所以可以向稀硫酸中不断通氧气(或者加H2O2)并加热。
考点:化学反应原理与实验,工业流程相结合在一起综合考查
已知某溶液中只存在OH-、H+、NH4+、Cl-四种离子,某同学推测其离子浓度大小顺序有如下四种关系:
A.c(NH4+)>c(Cl-)>c(OH-)>c(H+) | B.c(Cl-)>c(H+)>c(NH4+)>c(OH-) |
C.c(Cl-)>c(NH4+)>c(H+)>c(OH-) | D.c(NH4+)>c(OH-)>c(Cl-)>c(H+) |
② 若为HCl 和NH4Cl 混合溶液,则四种离子浓度的由大到小的顺序是_________;
若为NH3· H2O 和NH4Cl 混合溶液,四种离子浓度的由大到小的顺序是__________。
③ 若该溶液是由体积相等的HCl溶液和氨水混合而成,且恰好呈中性,则混合前c(HCl) _____c(NH3·H2O)(填“>”、“<”、或“=”,下同),混合后溶液中c(OH-)____c(NH4+)。
电离度表示电解质的相对强弱,电离度的定义:
α=(已电离的电解质分子数/溶液中原有电解质的总分子数)×100%。
已知25℃时几种物质(微粒)的电离度(溶液浓度均为0.1 mol·L-1)如下表:
编号 | 物质(微粒) | 电离度α |
A | 硫酸溶液(第一步完全电离): 第二步 HSO4-H++SO42- | 10% |
B | 硫酸氢钠溶液: HSO4-H++SO42 | 29% |
C | 醋酸: CH3COOHCH3COO-+H+ | 1.33% |
D | 盐酸: HCl=H++Cl- | 100% |
(1)25℃时,0.1 mol·L-1上述几种溶液中,c(H+)从大到小的顺序是 (填序号);
(2)25℃时,0.1 mol·L-1硫酸溶液中HSO4-的电离度小于相同温度下0.1 mol·L-1硫酸氢钠
溶液中HSO4-的电离度,其原因是 。
(3)醋酸的电离平衡常数K的表达式是 ,醋酸的电离平衡常数
K与电离度α的关系式为:K= (用含α的代数式表示)
硫及其化合物有广泛的应用,对SO2性质的研究是高中化学教学的一项重要内容。
I.对比研究是一种重要的研究方法。若将硫的单质及部分化合物按如下表所示分成3 组,则第2组中物质M的化学式是 。
第1组 | 第2组 | 第3组 |
S (单质) | SO2、H2SO3、M、NaHSO3 | SO3、H2SO4、Na2SO4、NaHSO4 |
(1)下列实验方案可以用于在实验室制取所需SO2的是 。
A.Na2SO3溶液与HNO3 B.Na2SO3固体浓硫酸
C.固体硫在纯氧中燃烧 D.铜与热的浓硫酸
(2)装置C的作用是除去多余的SO2,防止污染空气。已知在用氢氧化钠溶液吸收SO2的 过程中,往往得到Na2SO3和NaHSO3的混合溶液,常温下,溶液pH随n(SO32—):n(HSO3—)变化关系如下表
n(SO32—):n(HSO3—) | 91:9 | 1:1 | 9:91 |
pH | 8.2 | 7.2 | 6.2 |
当吸收液中n(SO32—):n(HSO3—) =10:1时,溶液中离子浓度关系正确的是 。
A.c(Na+)+ c(H+)= 2c(SO32—)+ c(HSO3—)+ c(OH—)
B.c(Na+)>c(HSO3—)>c(SO32—)>c(OH—)>c(H+)
C.c(Na+)>c(SO32—)>c(HSO3—)>c(OH—)>c(H+)
(3)在上述装置中通入过量的SO2,为了验证A中SO2与Fe3+发生了氧化还原反应,他们取A中反应后的溶液分成三份,并设计了如下探究实验,请你评价并参与他们的探究过程(限选试剂:KMnO4溶液、KSCN溶液、BaCl2溶液、稀硫酸、稀盐酸、稀硝 酸、Ba(NO3)2溶液、新制的氯水)
序号 | 实验方案 | 实验现象 | 结论 |
方案① | 往第一份试液中加入KMnO4溶液溶液 | 紫红色褪去 | SO2与Fe3+反应生成了Fe2+ |
方案② | 往第二份试液中加入 | | SO2与Fe3+反应生成了Fe2+ |
方案③ | 往第二份试液中加入 | | SO2与Fe3+反应生成了SO42— |
上述方案①得出的结论是否合理 ,原因 。
如果他们设计的方案②与方案③均合理并且得到相应结论,请你将上面表格补充完整。
(4)装置B中能表明Br—的还原性弱于SO2的现象是 。
我国某大型电解铜生产企业,其冶炼工艺中铜、硫回收率达到97%、87%。下图表示其冶炼加工的流程:
冶炼中的主要反应:Cu2S + O2 =" 2Cu" + SO2
(1)烟气中的主要废气是________________,从提高资源利用率和减排考虑,其综合利用方式是制___________。
(2)电解法炼铜时,阳极是____________(填“纯铜板”或“粗铜板”);粗铜中含有的金、银以单质的形式在电解槽_______________(填“阳极”或“阴极”的槽底,阴极的电极反应式是_________________________________________。
(3)在精炼铜的过程中,电解质溶液中c(Fe2+)、c(Zn2+)会逐渐增大而影响进一步电解。
几种物质的溶度积常数(KSP):
物质 | Fe(OH)2 | Fe(OH)3 | Zn(OH)2 | Cu(OH)2 |
KSP | 8.0×10-16 | 4.0×10-38 | 3.0×10-17 | 2.2×10-20 |
调节电解液的pH是除去杂质离子的常用方法。根据上表中溶度积数据判断,含有等物质的量浓度的Fe2+、Zn2+、Fe3+、Cu2+的溶液,随pH升高最先沉淀下来的离子是______________。
一种方案是先加入过量的H2O2,再调节pH到4左右。加入H2O2后发生反应的离子方程式为___________________________________________________________________________。
硫酸是强酸,中学阶段将硫酸在水溶液中看作完全电离。但事实是,硫酸在水中的第一步电离是完全的,第二步电离并不完全,其电离情况为:H2SO4=H++HSO4-,HSO4-H+ + S042-。
请回答下列有关问题:
(1)Na2SO4溶液呈_(填“弱酸性”、“中性”或“弱碱性”),其理由是_
(用离子方程式表示)。
(2)H2SO4溶液与BaC12溶液反应的离子方程式为_ 。
(3)在0.l0mol·L-1的Na2SO4溶液中,下列离子浓度关系正确的是_ (填写编号)。
A.c(Na+)=c(SO42-)+c(HSO4一)+c(H2SO4) |
B.c(OH-)="c(" HSO4-)+c(H+) |
C.c( Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(HSO4-)+2c(SO42-) |
D.c( Na+)=2c(SO42-)+2c(HSO4-) |
(5)若25℃时,0.10 mol·L-1H2SO4溶液的pH=-lg0.11,则0.10 mol·L-1的H2SO4溶液中c(SO42-)= mol·L-1
酸碱中和滴定是利用中和反应,用已知浓度的酸(或碱)来测定未知浓度的碱(或酸)的实验方法,其中溶液的pH变化是判断滴定终点的依据。
(1)为了准确绘制上图,在滴定开始时和________,滴液速度可以稍快一点,测试和记录pH的间隔可大些;当接近________时,滴液速度应该慢一些,尽量每滴一滴就测试一次。
(2)在图中A的pH范围使用的指示剂是____________;C的pH范围使用的指示剂是________________;D区域为________________。
(3)用0.1 032 mol·L-1的盐酸溶液滴定未知浓度的氢氧化钠溶液,重复三次的实验数据如下表所示:
实验序号 | 消耗0.1 032 mol·L-1的盐酸溶液的体积/mL | 待测氢氧化钠溶液的体积/mL |
1 | 28.84 | 25.00 |
2 | 27.83 | 25.00 |
3 | 27.85 | 25.00 |
则待测氢氧化钠的物质的量浓度是________mol·L-1。在上述滴定过程中,若滴定前滴定管下端尖嘴中有气泡,滴定后气泡消失,则测定结果将________(填“偏高”、“偏低”或“不影响”)。
(4)下列关于上述中和滴定过程中的操作正确的是________(填字母)。
A.用碱式滴定管量取未知浓度的烧碱溶液
B.滴定管和锥形瓶都必须用待盛放液润洗
C.滴定中始终注视锥形瓶中溶液颜色变化
D.锥形瓶中的待测液可用量简量取